蜜蜂腸道微生物功能及應(yīng)用研究進(jìn)展

黃祚驊，江凌晗，吳珍紅

(1.福建農(nóng)林大學(xué)蜂學(xué)院，福建 福州 350017；2.福建農(nóng)林大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，福建 福州 350017)

自然界中的傳粉昆蟲類群主要是蜂類。全球115種重要農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中的52%依賴于蜜蜂授粉。蜜蜂授粉僅在2006～2008年就為中國創(chuàng)造了3042.2億人民幣。因此，蜂類經(jīng)濟(jì)價值的潛力十分之大。但是，近年由于外種入侵、農(nóng)藥和疾病等因素影響，蜜蜂種群密度大幅度減少。在美國，“蜂群衰竭失調(diào)”現(xiàn)象已經(jīng)屢見不鮮。截止2015年，科研人員統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)新西蘭蜂群損失率為10.7%，歐洲為11.9%，美國為28.0%，加拿大為16.8%。因此，蜜蜂疾病無公害防治技術(shù)亟待深入研究以及大面積的推廣運(yùn)用。人們越來越關(guān)注蜜蜂腸道微生物菌群在蜜蜂的生物防治上的應(yīng)用。研究表明蜜蜂腸道菌群對蜜蜂具有生理功能，可用于病害防治。本文綜述了蜜蜂的微生態(tài)組成及其應(yīng)用，供借鑒。

1 蜜蜂主要腸道菌群及其作用

1.1 蜜蜂腸道的主要菌群分布

Cox-Foster等通過宏轉(zhuǎn)錄組比較分析發(fā)現(xiàn)，源于美國、非洲、瑞士、德國等不同地區(qū)的同一種蜜蜂(Apismellifera)具有相似的腸道菌群組成。Gilliam等通過傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)分離鑒定西方蜜蜂(A.melliferaLinnaeus)腸道內(nèi)，實驗結(jié)果證明該種類腸道內(nèi)酵母微生物約1%；29%為革蘭氏陽性細(xì)菌；70%為可變的革蘭氏細(xì)菌或革蘭氏陰性。Rada等主要研究了蜜蜂腸道微生物組成，發(fā)現(xiàn)蜜蜂腸道內(nèi)主要由芽孢桿菌、雙歧桿菌和乳酸菌構(gòu)成其微生物的組成成分。Li等通過對28種熊蜂腸道菌群16s的V6-V8區(qū)采用高通量測序，結(jié)合生態(tài)學(xué)分析表明，熊蜂腸道保守型腸型微生物是Gilliamella、Snodgrassela，另含有一些條件致病菌如Hafnia、Serratia。許多研究表明蜜蜂腸道菌群組成簡單，由少數(shù)核心菌種組成，且組成穩(wěn)定，這些核心微生物對蜜蜂具有生理功能，可用于病害的防治。

1.2 蜜蜂腸道菌群對其腸道和代謝的影響

1.2.1 蜜蜂腸道微生物促進(jìn)蜜蜂腸道的發(fā)育 鄭浩等通過比對利用糞菌移植人工制造正常腸道菌蜜蜂無菌蜜蜂及糞無菌蜜蜂兩者腸道菌群及研究其對宿主生長、腸道理化性質(zhì)、激素調(diào)節(jié)、蜜蜂個體行為的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)倆組蜂群發(fā)育成成熟以后，利用糞菌移植人工制造正常腸道菌的蜜蜂會增加15%～20%的體重，同時無菌蜜蜂的生長速率遠(yuǎn)低于正常腸道的蜂群；成蟲后第15d發(fā)現(xiàn)正常蜜蜂的中腸和回腸重于無菌蜜蜂，說明腸道菌群促進(jìn)腸道的發(fā)育。另外，研究表明微生物代謝會降低腸道氧化還原電位以及pH值。

1.2.2 蜜蜂腸道微生物對代謝的影響 通過分析蜜蜂腹部以及大腦基因表達(dá)產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)腸道中的微生物會使胰島素接收基因、蜜蜂胰島素肽等基因表達(dá)產(chǎn)物增加，并且宿主的行為還會受到腸道微生物的影響。徐鵬研究表明用益生菌制劑飼養(yǎng)供奉后，其體內(nèi)酚氧化酶原基因表達(dá)量下降，而兩種主要編碼抗菌蛋白的基因表達(dá)產(chǎn)物上升。Engel等基于西方蜜蜂腸道微生物群體染色體組，證實了其腸道中的微生物種群菌功能豐富，例如：分解糖類物質(zhì)、參與細(xì)菌生物被膜的形成等。

1.3 蜜蜂腸道菌群對蜜蜂采食的影響

蜂花粉是蜂糧的主要原料，是蜜蜂與蜂蜜分泌物的混合物，通過發(fā)酵產(chǎn)生。蜜蜂腸道核心菌群Bifidobacterium、Lactobacillus和Gilliamella含有多種酶，包括糖苷水解酶和多糖水解酶等，實驗證明蜂蜜醞造是在腸道菌群的參與下完成的。研究表明將花粉變?yōu)榉浼Z是微生物腸道菌群的重要功能之一，蜂糧比花粉含更多的維生素，更少多糖及不同的氨基酸。蜜蜂腸道內(nèi)微生物還可消化難降解食物成分或降解環(huán)境中的有毒化合物，擴(kuò)大蜜蜂的食物資源等。

除此之外，乳酸菌是參與蜂糧合成的優(yōu)勢菌群之一。其發(fā)酵產(chǎn)物乳酸延長蜂糧的儲存時間、減少胃腸功能失調(diào)、降低膽固醇等作用。

2 蜜蜂微生物的生物防治

2.1 蜜蜂微生物病原體

絕大多數(shù)病原物如：擬幼蟲芽胞桿菌、糞鏈球菌、蜂房球菌等主要存在于蜜蜂腸道內(nèi)。有些微生物所引起的病害相當(dāng)于“癌癥”。如歐洲幼蟲腐臭病以及美洲幼蟲腐臭病分別是由擬幼蟲芽胞桿菌和蜂房球菌引誘發(fā)的，此病害一旦發(fā)生就會使蜜蜂幼蟲致死。另外，真菌性病原體微孢子會誘發(fā)成年蜜蜂的病害。

2.2 蜜蜂腸道微生物在生物防治作用

2.2.1 蜜蜂腸道微生物增強(qiáng)免疫作用 蜜蜂腸道菌群在增強(qiáng)免疫力方面發(fā)揮了一定的作用。益生菌通過刺激蜜蜂產(chǎn)生防御素以及蜜蜂抗菌肽從而增強(qiáng)蜜蜂的免疫能力。

蜜蜂和熊蜂可通過共生菌屏蔽作用與疾病對抗技術(shù)解決其面臨的眾多寄生蟲和致病菌。

2.2.2 蜜蜂腸道菌群的抗病作用 除了依靠自身免疫系統(tǒng)外，蜜蜂的體內(nèi)共生菌可抵御病毒、細(xì)菌和真菌感染。使用抗生素干擾核心菌群會減低絕大多數(shù)的菌種多樣性，并且實驗結(jié)果表明那些不具備由正常菌群的蜜蜂受到致病菌侵染的可能性會大大提升，致死率升高。Cariveau等對3種不同熊蜂品的致病菌群以及益生菌之間的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)二者之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系中，同時他們還發(fā)現(xiàn)了短膜蟲的侵染概率會隨著核心菌群的密度增大而減少。

Snodgrassella細(xì)菌的影響：研究人員Li等將被微孢子蟲感染的東方蜜蜂的腸道和正常的東方蜜蜂腸道中的菌群進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)被微孢子蟲感染的東方蜜蜂腸道中Snodgrassella細(xì)菌密度遠(yuǎn)少于正常蜜蜂體內(nèi)該菌種的密度，這說明微孢子蟲的敏感性與蜜蜂腸道細(xì)菌群落的組成及其比例有一定的關(guān)系。Koch等利用抗生素使熊蜂腸道的菌群死亡，發(fā)現(xiàn)熊峰被短膜蟲侵染的概率大大上升，同時他們還發(fā)現(xiàn)了熊蜂短膜蟲侵染能力和Snodgrassella細(xì)菌水平的高低有關(guān)，即Snodgrassella細(xì)菌可以提高宿主的抗病能力。Evans等在實驗室探究發(fā)現(xiàn)擬幼蟲芽孢桿菌會被一些共生菌所抑制，并且大多數(shù)病原菌都會被該類共生菌所抑制。

芽孢菌和霉菌的影響：來源于芽孢桿菌屬細(xì)菌的抗生素只針對相關(guān)種類的菌群有生物活性。研究表明幼蟲芽孢桿菌的活性會受到與其來源于同一屬的菌群的抑制均有抑制作用，其中短小芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、側(cè)孢芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌抑制作用顯著。李繼蓮等采集研究了來自中國的570只中華蜜蜂，研究了它們體內(nèi)的細(xì)菌和寄生蟲，發(fā)現(xiàn)菌群數(shù)量少的往往是受到微孢子蟲感染的蜜蜂，其中具有代表性的應(yīng)當(dāng)是Snodgrassella以及Bifidobacterium數(shù)的數(shù)量，這一實驗和Li的實驗結(jié)論不謀而合。Gilliam在研究非致病性微生物對機(jī)體的影響時，發(fā)現(xiàn)在蜂群中高發(fā)的白堊病會和曲霉屬菌物產(chǎn)生拮抗作用。除此之外，根霉菌以及毛霉菌也會有抑制作用。

2.2.3 蜜蜂腸道菌群的應(yīng)用 為解決蜂產(chǎn)品中藥物和抗生素的殘留，崔海輝等在研究如何解決抗生素以及其他藥物的殘留問題的時候，在分別來源于外界環(huán)境以及蜜蜂體內(nèi)的倆株芽孢菌內(nèi)添加少量的果糖以及益生菌后，進(jìn)行大規(guī)模地培養(yǎng)注入回蜂體和蜂巢，從而提高蜂群的免疫能力。朱芝秀等采用EM原露飼喂蜜蜂，發(fā)現(xiàn)對蜜蜂繁殖、抗蜜蜂孢子蟲病及高產(chǎn)取得了很好的效果。另外，在進(jìn)行轉(zhuǎn)基因食品安全性評估時常常以蜜蜂消化道的微生物菌群作為評估標(biāo)準(zhǔn)。

3 討論

(1)蜜蜂菌群由于進(jìn)化很產(chǎn)生了特異性。中國主要飼養(yǎng)的蜜蜂品種與他國不同，中華蜜蜂是我國蜂農(nóng)主要的飼養(yǎng)對象，福建飼養(yǎng)的蜂種以意大利蜜蜂以及中華蜜蜂為主，主要對蜂群繁殖有利的重要蜜源植物為荔枝、龍眼、枇杷、柑橘、烏柏、栲樹、柿樹、茶仔樹、木荷、板栗等亞熱帶植物，具有“亞熱帶”腸道菌群特點，未來通過對福建省蜂腸道微生物組的挖掘，可進(jìn)一步發(fā)掘其特殊功能與進(jìn)化歷史，開發(fā)地道符合亞熱帶蜂的腸道微生態(tài)制劑。

(2)將組合益生菌防治運(yùn)用在蜜蜂疾病上的效果顯著并且安全、無公害，同時對于也有益于提高蜂群自身的抗病能力。但是，現(xiàn)如今市場上存在的益生菌制劑仍然存在許多問題，如在實踐中，如何隨著不同品種的蜂在不同發(fā)育時期改變藥劑的量還有待研究。因此，在蜂類益生菌制劑領(lǐng)域上還有很長的一段路要走。

目前針對福建蜂腸道菌群的研究還較薄弱，本文綜述了目前國內(nèi)蜜蜂的微生態(tài)應(yīng)用研究概況，供蜂研究借鑒。